CN110513118A - 一种盾构无负环始发结构及始发工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于盾构施工技术领域，公开一种盾构无负环始发结构及始发工艺，包括反力架组件、第一钢环和第二钢环。反力架组件中，地梁结构设于始发竖井内，反力架位置可调地设于地梁结构上，横撑的一端与反力架可拆卸连接，另一端与结构墙顶抵。第一钢环包括第一钢环本体及分设于第一钢环本体两端的第一连接环和第二连接环。第二钢环包括第二钢环本体及分设于第二钢环本体两端的第三连接环和第四连接环。两个钢环的第一端固定相连，第一钢环的第二端与反力架背向横撑的一侧相连，第二钢环的第二端与盾构机的推杆相连；四个连接环的外径相等，且均等于施工用钢筋混凝土环外径。为保留始发井内物料垂直运输通道，对配套设备及始发工艺重新设计。

Description

一种盾构无负环始发结构及始发工艺

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其涉及一种盾构无负环始发结构及始发工艺。

背景技术

盾构始发施工时，存在始发井后方无出土口的情况，盾构机在暗挖空间内始发，只有始发竖井可以用来完成盾构机下井组装及施工时的物料运输。盾构机及反力架组装完成后，始发井基本被占满。若采用常规负环拼装工艺始发，负环管片将阻断始发竖井中物料输送的垂直通道，导致盾构机掘出的渣土、施工所需的管片、导轨及枕木等材料无法进行输送。

针对上述问题，以往施工案例的做法有，采用矿山法挖掘一段隧道，隧道内径大于盾构机外径，隧道内施做盾构机移动、始发用平台。盾构机在始发井内完成组装后，移动至隧道内的导台上可拼装正1环位置，在隧道洞口处安装反力架，以达到在始发井留出物料运输通道的目的。但对于无地面降水条件且开挖底层为砂卵石底层的工况，进行矿山法隧道施工，施工风险较大。其他做法还有，只拼装负环管片的A片(下半环)，留出上部空间作为物料垂直运输通道，但对于无水砂卵石地层，盾构机在该地层中推进时推力一般为设计推力的80％左右。如果采用半环拼装，则盾构机有50％的主推油缸因无作用点而不能参与推进，推力不能满足施工要求。

因此，针对无地下降水控制且无水砂卵石地层所需推进力较大的工况，需寻求其他工艺，以满足现有工况，并能在始发竖井中留出垂直输送通道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构无负环始发结构，能够在盾构机前移过程中，不断在始发竖井内留出竖直物料输送空间。

本发明的目的还在于提供一种盾构无负环始发工艺，能够在盾构机前移过程中，不断在始发竖井内留出竖直物料输送空间。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种盾构无负环始发结构，包括：

反力架组件，包括地梁结构、反力架和多个横撑，所述地梁结构设于始发竖井内，所述反力架位置可调地设于所述地梁结构上，所述横撑的一端与所述反力架可拆卸连接，另一端被配置为与结构墙顶抵；

第一钢环，包括第一钢环本体、第一连接环和第二连接环，所述第一连接环可拆卸地设于所述第一钢环本体的第一端周向，所述第二连接环设于所述第一钢环本体的第二端周向；

第二钢环，包括第二钢环本体、第三连接环和第四连接环，所述第三连接环可拆卸地设于所述第二钢环本体的第一端周向，所述第四连接环设于所述第二钢环本体的第二端周向；

所述第一钢环的第一端与所述第二钢环的第一端固定相连，所述第一钢环的第二端与所述反力架背向所述横撑的一侧相连，所述第二钢环的第二端被配置为与盾构机的主推油缸的推杆相连；

所述第一连接环、所述第二连接环、所述第三连接环和所述第四连接环的外径相等，且均与施工用钢筋混凝土环的外径相同。

进一步地，所述第一钢环包括三个第一A型管片、一个第一B1型管片、一个第一B2型管片及一个第一C型管片；

所述第二钢环包括三个第二A型管片、一个第二B1型管片、一个第二B2型管片及一个第二C型管片。

进一步地，所述第一A型管片包括第一A型管片本体以及分设于所述第一A型管片本体两个弧形端的第一固定端板和第一可拆卸端板；

所述第一B1型管片包括第一B1型管片本体以及分设于所述第一B1型管片本体两个弧形端的第二固定端板和第二可拆卸端板；

所述第一B2型管片包括第一B2型管片本体以及分设于所述第一B2型管片本体两个弧形端的第三固定端板和第三可拆卸端板；

所述第一C型管片包括第一C型管片本体以及分设于所述第一C型管片本体两个弧形端的第四固定端板和第四可拆卸端板；

所述第一A型管片本体、所述第一B1型管片本体、所述第一B2型管片本体及所述第一C型管片本体拼接形成所述第一钢环本体，所述第一固定端板、所述第二固定端板、所述第三固定端板和所述第四固定端板形成所述第二连接环，同时所述第一可拆卸端板、所述第二可拆卸端板、所述第三可拆卸端板和所述第四可拆卸端板形成所述第一连接环。

进一步地，所述地梁结构包括平行且间隔设置的第一地梁和第二地梁，所述反力架包括主框架，所述主框架包括左立柱、右立柱、上横梁和下横梁，所述左立柱位置可调地固设于所述第一地梁上，所述右立柱位置可调地固设于所述第二地梁上，所述上横梁和所述下横梁均设于所述左立柱和所述右立柱之间，所述下横梁在所述左立柱和所述右立柱上的安装位置可调。

进一步地，所述反力架还包括固定贴设于所述主框架一侧的副框架，所述副框架包括相对设置的第一八字结构和第二八字结构；

所述第一八字结构包括第一横梁，所述第一横梁的一端设有第一左斜梁，另一端设有第一右斜梁，所述第一横梁与所述上横梁贴合，所述第一左斜梁远离所述第一横梁的一端固定于所述左立柱上，所述第一右斜梁远离所述第一横梁的一端固定于所述右立柱上；

所述第二八字结构包括第二横梁，所述第二横梁的一端设有第二左斜梁，另一端设有第二右斜梁，所述第二横梁与所述下横梁贴合，所述第二左斜梁远离所述第二横梁的一端位置可调地固定于所述左立柱上，所述第二右斜梁远离所述第二横梁的一端位置可调地固定于所述右立柱上。

一种盾构无负环始发工艺，采用如上所述的盾构无负环始发结构，包括如下步骤：

S1、盾构机下井组装，安装反力架组件；

S2、所述盾构机的拼装机拼装第一钢环，所述盾构机的主推油缸向后推动所述第一钢环并使其与所述反力架组件固定；

S3、所述拼装机拼装第二钢环，并将所述第二钢环与所述第一钢环固定；

S4、所述盾构机前移，使所述第一钢环和所述第二钢环的连接处露出所述盾构机的盾尾；

S5、将所述第一钢环上的第一连接环以及所述第二钢环上的第三连接环拆除；

S6、拆除所述反力架组件中的反力架与地梁结构的连接；

S7、设于始发竖井井口的起吊装置将所述反力架吊离所述地梁结构，所述主推油缸回缩，使所述第一钢环、所述第二钢环和所述反力架前移；

S8、将所述反力架固定于所述地梁结构，更换或加长所述反力架组件中的横撑，使所述横撑与结构墙抵接；

S9、所述盾构机再次前移；

S10、再次拆除所述反力架与所述地梁结构的连接；

S11、再次利用所述主推油缸和所述起吊装置将所述第一钢环、所述第二钢环和所述反力架前移；

S12、再次固定所述反力架于所述地梁结构上，更换或加长所述横撑，使所述横撑与所述结构墙抵接；

S13、若所述盾构机未到达第一环钢筋混凝土环的安装位置，重复所述S9至S12，否则，跳转至S14；

S14、安装所述第一环钢筋混凝土环，进入一般盾构分体始发工艺。

进一步地，在所述S1之前进行如下步骤：

在所述始发竖井内安装始发机座和地梁结构。

进一步地，在所述S1之后、所述S2之前，进行如下步骤：

凿除始发洞门桩，安装防水帘布。

进一步地，在所述S13之后、所述S14之前，进行如下步骤：

将下横梁和第二八字结构在主框架上的安装位置下移。

进一步地，所述S1包括如下步骤：

在所述盾构机中的刀盘、前盾、中盾、下盾尾、拼装机和螺旋输送机安装后，安装所述反力架组件中的左立柱、右立柱、下横梁及第二八字结构，再安装所述盾构机的工作平台及上盾尾，之后安装所述反力架组件中的上横梁和第一八字结构，最后在所述盾构机的电缆及管线连接的同时安装所述反力架组件中的横撑。

与现有技术相比，本发明提供的盾构无负环始发结构中，第一钢环和第二钢环为两端带有连接环的结构，第一连接环、第二连接环、第三连接环和第四连接环的外径相等，且均与后续施工用钢筋混凝土环的外径相同，即第一钢环的最大外径和第二钢环的最大外径相等且均与钢筋混凝土环的外径相同，保证拼装后钢环轴线与隧道设计轴线重合及能够与主推油缸的推杆配合，起到传统始发工艺中的负环作用。进一步地，第一连接环与第一钢环本体可拆卸连接、第三连接环与第二钢环本体可拆卸连接，在第一钢环和第二钢环前移前，分别将其上的第一连接环和第三连接环拆掉，如此在第一钢环和第二钢环前移时，外径较小的第一钢环本体和第二钢环本体不会与盾尾的密封刷干涉，不破坏密封刷，满足特殊始发工艺要求。另外，反力架包括主框架和副框架两层结构，整体强度高，抗弯性能好。

与现有技术相比，本发明提供的盾构无负环始发工艺中，采用上述的盾构无负环始发结构，以保留始发井内物料垂直运输通道为目标，对盾构工艺进行改进，并采用上述盾构无负环始发结构，将传统的固定式反力架改为移动式的反力架组件，利用盾构机主推油缸及起吊装置带动第一钢环、第二钢环和反力架向前移动，反力架前移后，反力架与始发井结构墙之间的空间可满足物料垂直运输要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的反力架组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一地梁的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的主框架的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的副框架的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一钢环和第二钢环的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第一钢环和第二钢环的拼装示意图；

图7为本发明实施例提供的拆除第一连接环和第三连接环后，第一钢环和第二钢环的拼装示意图；

图8为本发明实施例提供的第一A型管片的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第一A型管片的分解图；

图10为本发明实施例提供的盾构无负环始发工艺的流程图；

图11为本发明实施例提供的盾构机与反力架组件组装完毕时的示意图；

图12为本发明实施例提供的拼装机拼装第一钢环的示意图；

图13为本发明实施例提供的第一钢环被后推至反力架的示意图；

图14为本发明实施例提供的拼装机拼装第二钢环的示意图；

图15为本发明实施例提供的盾构机首次前移的示意图；

图16为本发明实施例提供的拆除第一连接环和第三连接环的示意图；

图17为本发明实施例提供的第一钢环、第二钢环及反力架首次前移的示意图；

图18为本发明实施例提供的盾构机二次前移的示意图；

图19为本发明实施例提供的第一钢环、第二钢环及反力架二次前移的示意图；

图20为本发明实施例提供的盾构机三次前移的示意图；

图21为本发明实施例提供的第一钢环、第二钢环及反力架三次前移的示意图；

图22为本发明实施例提供的盾构机四次前移的示意图；

图23为本发明实施例提供的第一钢环、第二钢环及反力架四次前移的示意图；

图24为本发明实施例提供的盾构机五次前移的示意图；

图25为本发明实施例提供的第一钢环、第二钢环及反力架五次前移的示意图；

图26为本发明实施例提供的盾构机六次前移的示意图；

图27为本发明实施例提供的第一钢环、第二钢环及反力架六次前移的示意图。

附图标记：

100-盾构机；110-密封刷；200-反力架组件；300-第一环钢筋混凝土环；

1-地梁结构；11-第一地梁；12-第二地梁；3-横撑；4-预埋结构件；

111-第一H型钢；112-第一固定板；1121-第一连接孔；113-第一筋板；114-第二筋板；

2-反力架；21-主框架；22-副框架；213-上横梁；214-下横梁；

211-左立柱；2111-第三H型钢；2112-第五筋板；2113-左立柱法兰；2114-第一法兰；2115-第二法兰；2116-第五连接孔；

212-右立柱；2121-第四H型钢；2122-第六筋板；2123-右立柱法兰；2124-第三法兰；2125-第四法兰；2126-第六连接孔；

221-第一八字结构；2211-第一横梁；2212-第一左斜梁；2213-第一右斜梁；

222-第二八字结构；2221-第二横梁；2222-第二左斜梁；2223-第二右斜梁；

223-左下立柱；224-左楔形块；225-左上立柱；2231-左下立柱法兰；

226-右下立柱；227-右楔形块；228-右上立柱；2261-右下立柱法兰；

5-第一钢环；51-第一钢环本体；52-第一连接环；53-第二连接环；

6-第二钢环；61-第二钢环本体；62-第三连接环；63-第四连接环；

7-第一A型管片；71-第一A型管片本体；72-第一固定端板；73-第一可拆卸端板；

8-第一B1型管片；9-第一B2型管片；10-第一C型管片；7’-第二A型管片；

8’-第二B1型管片；9’-第二B2型管片；10’-第二C型管片；

20-第七连接孔；30-第八连接孔；40-吊装孔。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种盾构无负环始发结构，解决盾构始发时始发竖井内垂直物料输送空间较小的问题。具体地，该盾构无负环始发结构可选择性地包括反力架组件200(参见图1)、第一钢环5和第二钢环6(参见图5和图6)。

参见图1，反力架组件200可选择性地包括地梁结构1、反力架2和多个横撑3。地梁结构1固设于始发竖井内。反力架2位置可调地固定于地梁结构1上。横撑3的一端与反力架2可拆卸连接，另一端被配置为与结构墙顶抵。反力架2背向横撑3的一侧通过第一钢环5和第二钢环6与盾构机的主推油缸的推杆相连。即第一钢环5和第二钢环6设于盾构机的盾尾与反力架2之间，作为盾构机与反力架2之间的传力介质。

参见图5，第一钢环5包括第一钢环本体51、设于第一钢环本体51的第一端周向的第一连接环52以及设于第一钢环本体51的第二端周向的第二连接环53。第二钢环6包括第二钢环本体61、设于第二钢环本体61的第一端周向的第三连接环62以及设于第二钢环本体61的第二端周向的第四连接环63。

始发前装配时，将第一钢环5和第二钢环6拼装于盾构机的主推油缸与反力架2之间。具体为，第一钢环5的第二端与反力架2背向横撑3的一侧固定连接，两者之间优选为点焊连接，连接稳定，施工方便；第二钢环6的第一端与第一钢环5的第一端对拼并固定连接(具体为第一钢环本体51与第二钢环本体61之间固定连接，第一连接环52与第三连接环62之间未有连接结构)；主推油缸的推杆顶抵第二钢环6的第二端。

始发时，主推油缸的推杆向后推顶，在第二钢环6、第一钢环5及反力架组件200的反推力下，盾构机前移。盾构机前移一端距离后，第一钢环5及部分第二钢环6露出盾尾。之后，拆除反力架2与第一地梁11的连接结构，利用始发竖井井口上方的起吊装置(图中未示出)将反力架2吊起(反力架2离开地面即可)，之后盾构机的主推油缸回缩，主推油缸和起吊装置共同配合，将反力架2、第一钢环5及第二钢环6一并前移。最后，再重新将反力架2固定于地梁结构1上，更换或加长横撑3，使横撑3再次与结构墙顶抵，准备盾构机再次前移。至此，完成盾构机的一次前移，同时反力架2及第一钢环5和第二钢环6也随之前移一次，从而在反力架2的后方多出一部分垂直物料输送通道。重复此过程，盾构机前移，反力架2、第一钢环5和第二钢环6随后前移，不断留出较大的垂直物料输送通道。

具体地，参见图1，地梁包括间隔且平行设置的第一地梁11和第二地梁12。始发前，在始发竖井内安装支撑盾构机始发机座(图中未示出)时，安装地梁结构1。其中，第一地梁11和第二地梁12分别位于始发机座的两侧。

参见图2，第一地梁11包括多个第一H型钢111及第一固定板112。多个第一H型钢111并排设置并固定于始发竖井中的预埋结构件4上，两者之间优选采用焊接连接，并进一步加第一筋板113固定。第一固定板112焊接于多个第一H型钢111上方，且两者之间加第二筋板114固定，整个结构稳定且强度高。类似地，第二地梁12包括多个第二H型钢及第二固定板。多个第二H型钢并排设置并固定于始发竖井中的预埋结构件4上，两者之间优选采用焊接连接，并进一步加第三筋板固定。第二固定板焊接于多个第二H型钢上方，且两者之间加第四筋板固定，整个结构稳定且强度高。本实施例中，第一H型钢111和第二H型钢均设有四个。

反力架2包括主框架21及贴设于主框架21一侧的副框架22，采用双层结构，整体结构刚度、强度高。

参见图3，主框架21与现有一般反力架的框架结构类似，包括左立柱211、右立柱212、上横梁213和下横梁214。其中，左立柱211位置可调地固设于第一地梁11上，右立柱212位置可调地固设于第二地梁12上，进而实现主框架21在地梁结构1上的位置可调。上横梁213和下横梁214均位于左立柱211和右立柱212之间，下横梁214在左立柱211和右立柱212上的安装位置可调，进而可调节上横梁213与下横梁214之间的空间大小，保证盾构施工中配套台车的通行要求，且下横梁214要满足反力架2移动时不与始发机座干涉，以及不与二次吊运的管片干涉。

本实施例中，左立柱211采用四个第三H型钢2111并排拼接而成，且第三H型钢2111中焊接有第五筋板2112，提高整个结构的强度。右立柱212采用四个第四H型钢2121并排拼接而成，且第四H型钢2121中焊接有第六筋板2122，保证整个结构的强度。上横梁213和下横梁214采用钢板制成。

进一步地，上述第一固定板112上间隔设置有多个第一连接孔1121(参见图2)，左立柱211底部的左立柱法兰2113通过螺栓与其中一个或相邻几个第一连接孔1121连接。随着整个反力架2不断前移，左立柱211可与不同的第一连接孔1121连接，实现左立柱211在第一地梁11上的固定位置可调。第一连接孔1121优选为两排，且两排第一连接孔1121分设于第一固定板112的两侧，连接更加稳定。

类似地，第二固定板上也间隔设置有多个第二连接孔，右立柱212底部的右立柱法兰2123通过螺栓与其中一个或相邻几个第二连接孔连接。随着整个反力架2不断前移，右立柱212可与不同的第二连接孔连接，实现右立柱212在第二地梁12上的固定位置可调。第二连接孔也优选为两排，且两排第二连接孔分设于第二固定板的两侧，连接更加稳定。

继续参见图3，左立柱211的上部设置第一法兰2114，下部设有第二法兰2115。右立柱212的上部设有第三法兰2124，下部设有第四法兰2125。第三法兰2124与第一法兰2114正对设置，分别与上横梁213两端的连接法兰可拆卸连接。第四法兰2125与第二法兰2115正对设置，分别与下横梁214两端的连接法兰可拆卸连接。具体地，第二法兰2115上间隔设置有多个第三连接孔，第四法兰2125上间隔设置有多个第四连接孔，实现下横梁214安装位置的微调。

进一步地，参加图4，副框架22可选择性地包括第一八字结构221和第二八字结构222。第一八字结构221设于主框架21的上方，其开口方向朝下。第二八字结构222设于主框架21的下方，其开口方向朝上。第一八字结构221和第二八字结构222相对设置，使得整个结构对称，受力均匀稳定。

第一八字结构221包括第一横梁2211、第一左斜梁2212和第一右斜梁2213。第一左斜梁2212设于第一横梁2211的一端，第一右斜梁2213设于第一横梁2211的另一端。第一横梁2211的截面优选为梯形，第一左斜梁2212和第一右斜梁2213分别与第一横梁2211的两个斜面焊接固定，整个结构强度和刚度较高。

类似地，第二八字结构222包括第二横梁2221、第二左斜梁2222和第二右斜梁2223。第二左斜梁2222设于第二横梁2221的一端，第二右斜梁2223设于第二横梁2221的另一端。第二横梁2221的截面也优选为梯形，第二左斜梁2222和第二右斜梁2223分别与第二横梁2221的两个斜面焊接固定，整个结构强度和刚度较高。

具体地，第一左斜梁2212远离第一横梁2211的一端固定于左立柱211上，第一右斜梁2213远离第一横梁2211的一端固定于右立柱212上。第一横梁2211与上横梁213贴合。由于上横梁213采用钢板制成，其上不便开设连接孔，实际施工时，为提高结构强度及稳定性，可将第一横梁2211和上横梁213段焊连接。

类似地，第二左斜梁2222远离第二横梁2221的一端位置可调地固定于左立柱上，第二右斜梁2223远离第二横梁2221的一端位置可调地固定于右立柱212上。第二横梁2221与下横梁214贴合，下横梁214也采用钢板制成，第二横梁2221与下横梁214段焊连接。

进一步地，副框架22还可选择性地包括左下立柱223、右下立柱226、左楔形块224、右楔形块227、左上立柱225和右上立柱228。其中：

左下立柱223可拆卸地固设于左立柱211上并位于第二左斜梁2222的下方，左下立柱223的上端面与第二左斜梁2222的下端面贴合，左下立柱223的下端可拆卸地固设于第一地梁11上。

右下立柱226可拆卸地固设于右立柱212上并位于第二右斜梁2223的下方，右下立柱226的上端面与第二右斜梁2223的下端面贴合，右下立柱226的下端可拆卸地固设于第二地梁12上。

左楔形块224可拆卸地固设于左立柱211上，左楔形块224的上端面与第一左斜梁2212的下端面贴合，左楔形块224的下端面与第二左斜梁2222的上端面贴合。

右楔形块227可拆卸地固设于右立柱212上，右楔形块227的上端面与第一右斜梁2213的下端面贴合，右楔形块227的下端面与第二右斜梁2223的上端面贴合。

左上立柱225可拆卸地固设于左立柱211上并位于第一左斜梁2212的上方，左上立柱225的下端面与第一左斜梁2212的上端面贴合。

右上立柱228可拆卸地固设于右立柱212上并位于第一右斜梁2213的上方，右上立柱228的下端面与第一右斜梁2213的上端面贴合。

左下立柱223、左楔形块224和左上立柱225对第一左斜梁2212及第二左斜梁2222进行固定，提高整个结构的强度及刚度。左下立柱223、部分第二左斜梁2222、左楔形块224、部分第一左斜梁2212及左上立柱225，共同形成左副立柱，与左立柱211组成双层结构，提高反力架2在横向及竖直方向的受力能力。右下立柱226、右楔形块227及右上立柱228对第一右斜梁2213及第二右斜梁2223进行固定，提高整个结构的强度及刚度。同时，右下立柱226、部分第二右斜梁2223、右楔形块227、部分第一右斜梁2213及右上立柱228，共同形成右副立柱，与右立柱212组成双层结构，提高反力架2在横向及竖直方向的受力能力。

进一步地，左下立柱223与第二左斜梁2222之间、左楔形块224与第二左斜梁2222之间、左楔形块224与第一左斜梁2212以及左上立柱225与第一左斜梁2212之间，均采用斜面配合，提高整个反力架2的抗弯强度。同样的，右下立柱226与第二右斜梁2223之间、右楔形块227与第二右斜梁2223之间、右楔形块227与第一右斜梁2213以及右上立柱228与第一右斜梁2213之间，均采用斜面配合，提高整个反力架2的抗弯强度。

本实施例中，第一横梁2211、第一左斜梁2212及第一右斜梁2213，三者结构类似，均包括两个由钢板拼接成的方形钢管(图中未示出)及设于方形钢管内多个加强钢板(图中未示出)，结构简单，加工方便。第二横梁2221、第二左斜梁2222及第二右斜梁2223，三者也结构类似，均包括两个并排拼接的第五H型钢(图中未示出)及设于第五H型钢中的加强板(图中未示出)，结构简单，强度高。

进一步地，左下立柱223、左上立柱225、右下立柱226及右上立柱228均采用多个不同长度的H型钢(图中未示出)并排焊接而成。左下立柱223的底部通过左下立柱法兰2231(参见图4)与第一固定板112上的第一连接孔1121连接，右下立柱226的底部通过右下立柱法兰2261(参见图4)与第二固定板上的第二连接孔连接。随整个反力架2前移，左下立柱223与相应位置的第一连接孔1121配合，右下立柱226与相应位置的第二连接孔配合。

再次参见图3，左立柱211上沿其长度方向间隔设置有多个第五连接孔2116，实现安装于其上的副框架22中的各部件的位置可调。同样地，右立柱212上沿其长度方向间隔设置有多个第六连接孔2126，实现安装于其上的副框架22中的各部件的位置可调。左立柱211与安装于其上的各部件均螺栓连接，右立柱212也与安装于其上的各部件螺栓连接，方便拆装。

在盾构机100到达第一环钢筋混凝土环的安装位置时，为使下横梁214及第二八字结构222不干涉导轨铺设及管片运输，需将下横梁214及第二八字结构222下移。具体为，下移下横梁214在第二法兰2115及第四法兰2125上的安装位置，下移第二八字结构222在左立柱211和右立柱212上的安装位置，同时根据新的安装位置及安装空间，更换相应尺寸的左下立柱223、右下立柱226、左楔形块224和右楔形块227。

横撑3的一端与主框架21背向副框架22的一侧相连，另一端与结构墙顶抵。横撑3与主框架21之间视推力大小，可选用铰接或刚接。本实施例中，横撑3与主框架21刚接，且两者之间螺栓连接，方便拆装及更换不同尺寸的横撑3。另外，与传统反力架结构相比，本实施例中只采用横撑3，未使用斜撑，减少反力架2所受向上的分力。当然，也可根据施工情况，添加斜撑，在此不做限定。副框架22背向横撑3的一侧被配置为通过上述钢环结构与盾构机100的主推油缸的推杆相连。

本实施例提供的反力架组件200中，地梁结构1、左立柱法兰2113和右立柱法兰2123用于平衡来自盾构机100推进所施加的竖直方向的分力，水平方向的分力则由结构墙、横撑3及双层结构的反力架2承担。反力架2包括主框架21和副框架22两层结构，整体强度高，抗弯性能好。副框架22可拆除，此时反力架2可做一般反力架使用。反力架2在地梁结构1上的位置可调，满足特殊的盾构始发工艺要求。副框架22采用第一八字结构221及第二八字结构222，并进一步通过左下立柱223、左上立柱225、左楔形块224、右下立柱226、右上立柱228及右楔形块227对第一八字结构221及第二八字结构222进行固定，提供整体结构的强度及刚度。

进一步地，与现有反力架一般是在地面上组装好后再吊入始发竖井内安装相比，本实施例的反力架组件200采用分体式结构，各部件之间可拆卸连接，满足始发空间小，与盾构机100交叉安装的情况，以防止干涉电缆、管线或其他结构的安装。具体组装时，可先完成盾构机100中刀盘、前盾、中盾、下盾尾、拼装机及螺旋输送机的安装，之后将左立柱211安装于第一地梁11、右立柱212安装于第二地梁12，再安装下横梁214及第二八字结构222，然后完成盾构机100工作平台及上盾尾后，再安装上横梁213及第一八字结构221，最后盾构机100电缆、管线连接的同时完成横撑3的安装。

参见图5-图7，对于第一钢环5和第二钢环6，第一连接环52、第二连接环53、第三连接环62和第四连接环63的外径相等，且均与后续施工用钢筋混凝土环的外径相同，即第一钢环5的最大外径和第二钢环6的最大外径相等，且均与钢筋混凝土环的外径相同，使得主推油缸的推杆能够稳定推顶第一钢环5和第二钢环6，同时保证钢环轴线与后续施工的钢筋混凝土管片及隧道设计轴线一致，起到一般负环的作用。另外，本实施例中，第一钢环本体51和第二钢环本体61的内径(即第一钢环5和第二钢环6的内径)也与后续施工用钢筋混凝土管片的内径相同，且第一钢环本体51和第二钢环本体61的外径大小介于钢筋混凝土管片的内径与外径之间。

需要说明的是，为保证盾构机100尾部密封效果，盾尾处设有密封刷110(参见图13)，密封刷110内径小于管片(第一钢环5、第二钢环6或钢筋混凝土环)的最大外径。一般密封刷110有三道，密封刷110间形成的空腔填充密封油脂，油脂和密封刷110一起达到防止盾壳外地下水、泥浆和同步注浆材料进入盾壳内的效果。密封刷110安装完成后向尾部倾斜，盾构机100向前掘进的过程中，密封刷110不易损坏。但是，如果盾构机100未前移而第一钢环5和第二钢环6前移，密封刷110的钢板和钢丝会被损坏，损坏后的密封刷110不能达到密封地下水、泥浆和同步注浆材料的效果，这种情况对盾构施工来说是很危险的。

为解决上述问题，设置第一连接环52与第一钢环本体51之间为可拆卸连接，第三连接环62与第二钢环本体61之间也为可拆卸连接，在第一钢环5和第二钢环6前移前，分别将其上的第一连接环52和第三连接环62拆掉，如此在第一钢环5和第二钢环6前移时，外径较小的第一钢环本体51和第二钢环本体61不会与盾尾的密封刷110干涉，不会破坏密封刷110，从而满足上述特殊始发工艺要求。同时，第一钢环5和第二钢环6组成一个大的钢环，其两端的第二连接环53和第四连接环63能够保证钢环轴线与隧道设计轴线一致。

对于第二连接环53，除上述作用外，主要是为了平衡第一钢环本体51另一端的第一连接环52，使得第一钢环5两端的结构对称，保证其在拼装时的精度，进而保证第一钢环5的轴线与隧道设计轴线一致。对于第二钢环6中的第四连接环63，其作用与第二连接环53相同，不再赘述。

本实施例中，与现有圆筒结构的钢筋混凝土环相比，第一钢环5和第二钢环6为两端带有连接环的结构，在保证拼装后钢环轴线与隧道设计轴线重合及能够与主推油缸的推杆配合的情况下，第一连接环52和第三连接环62能够拆除(参见图7)，以防止第一钢环5和第二钢环6前移时与密封刷110干涉。通过特殊的第一钢环5和第二钢环6作为盾构机100与反力架2之间的传力介质，代替传统工艺中的负环结构，在盾构机100前移后，盾构机100主推油缸及起吊装置带动第一钢环5、第二钢环6及反力架2前移，从而在反力架组件200的后方留出垂直物料输送通道。

进一步地，为方便第一钢环5和第二钢环6在盾构机100中的拼装，第一钢环5和第二钢环6的分块形式参考现有普通钢筋混凝土环的分块形式，以使其可利用盾构机100中的拼装机进行拼装。具体地，再次参见图5，第一钢环5包括三个第一A型管片7、一个第一B1型管片8、一个第一B2型管片9及一个第一C型管片10；类似地，第二钢环6包括三个第二A型管片7’、一个第二B1型管片8’、一个第二B2型管片9’及一个第二C型管片10’；两个钢环的分块形式和现有钢筋混凝土管片分块形式相同，方便按照现有管片拼装方式进行拼装。其中，第一C型管片10和第二C型管片10’均为楔形结构，以满足拼装成型后整个钢环的结构强度要求。

由于盾构施工时，主推油缸的推杆行程一般为2.1m，第一钢环5和第二钢环6的宽度优选为1.5m，如此设置主要是为了：在盾构机100前移一个推杆行程时，第一钢环5和第二钢环6的连接部分能够露出盾尾，从而在第一钢环5和第二钢环6前移之前，将其上的第一连接环52和第三连接环62拆除。当然，也可根据具体施工情况，将第一钢环5和第二钢环6的宽度设为如1m、1.2m或其他宽度。

与现有钢筋混凝土管片有所不同，本实施中，参见图8和图9，其中，

第一A型管片7包括第一A型管片本体71以及分设于第一A型管片本体71的两个弧形端的第一固定端板72和第一可拆卸端板73；

第一B1型管片8包括第一B1型管片本体以及分设于第一B1型管片本体的两个弧形端的第二固定端板和第二可拆卸端板；

第一B2型管片9包括第一B2型管片本体以及分设于第一B2型管片本体的两个弧形端的第三固定端板和第三可拆卸端板；

第一C型管片10包括第一C型管片本体以及分设于第一C型管片本体的两个弧形端的第四固定端板和第四可拆卸端板。

三个第一A型管片7、第一B1型管片8、第一B2管片9及第一C型管片10拼接形成上述第一钢环5。其中，三个第一A型管片本体71、第一B1型管片本体、第一B2管片本体及第一C型管片本体正好形成上述第一钢环本体51；第一固定端板72、第二固定端板、第三固定端板和第四固定端板正好形成上述第二连接环53；同时第一可拆卸端板73、第二可拆卸端板、第三可拆卸端板和第四可拆卸端板正好形成上述第一连接环52。

类似地，第二A型管片7’包括第二A型管片本体以及分设于第二A型管片本体的两个弧形端设有第五固定端板和第五可拆卸端板；

第二B1型管片8’包括第二B1型管片本体以及分设于第二B1型管片本体的两个弧形端设有第六固定端板和第六可拆卸端板；

第二B2型管片9’包括第二B2型管片本体以及分设于第二B2型管片本体的两个弧形端设有第七固定端板和第七可拆卸端板；

第二C型管片10’包括第二C型管片本体以及分设于第二C型管片本体的两个弧形端设有第八固定端板和第八可拆卸端板。

三个第二A型管片7’、第二B1型管片8’、第二B2型管片9’及第二C型管片10’拼接形成第二钢环6。其中，三个第二A型管片本体、第二B1型管片本体、第二B2型管片本体及第二C型管片本体正好形成上述第二钢环本体61；第五固定端板、第六固定端板、第七固定端板和第八固定端板形成第四连接环63；同时第五可拆卸端板、第六可拆卸端板、第七可拆卸端板和第八可拆卸端板形成第三连接环62。

优选地，第一固定端板72与第一A型管片本体71焊接为一体，第二固定端板与第一B1型管片本体焊接为一体，第三固定端板与第一B2型管片本体焊接为一体，第四固定端板与第一C型管片本体焊接为一体，第五固定端板与第二A型管片本体焊接为一体，第六固定端板与第二B1型管片本体焊接为一体，第七固定端板与第二B2型管片本体焊接为一体，第八固定端板与第二C型管片本体焊接为一体，结构强度高。

第一可拆卸端板73与第一A型管片本体71螺栓连接，第二可拆卸端板与第一B1型管片本体螺栓连接，第三可拆卸端板与第一B2型管片本体螺栓连接，第四可拆卸端板与第一C型管片本体螺栓连接，第五可拆卸端板与第二A型管片本体螺栓连接，第六可拆卸端板与第二B1型管片本体螺栓连接，第七可拆卸端板与第二B2型管片本体螺栓连接，第八可拆卸端板与第二C型管片本体螺栓连接，拆装方便。

进一步地，再次参见图5-图9，第一A型管片本体71、第一B1型管片本体、第一B2型管片本体、第一C型管片本体、第二A型管片本体、第二B1型管片本体、第二B2型管片本体及第二C型管片本体的两个弧形端上均设有第七连接孔20，用于实现第一钢环5与第二钢环6之间的固定连接，以及第二钢环6与后续施工用钢筋混凝土之间的连接。

第一A型管片本体71、第一B1型管片本体、第一B2型管片本体及第一C型管片本体的两个非弧形端上均设有第八连接孔30，用于实现第一钢环5中各管片之间的固定连接。第二A型管片本体、第二B1型管片本体、第二B2型管片本体及第二C型管片本体的两个非弧形端上也均设有第八连接孔30，用于实现第二钢环6中各管片之间的固定连接，结构简单，组装方便。管片之间及钢环之间优选采用螺栓连接，装配方便。

需要说明的是，连接结构均设于管片本体上，上述第一连接环52和第三连接环62拆除后，第一钢环5和第二钢环6仍为一体。第八连接孔30在第一A型管片本体71、第一B1型管片本体、第一B2型管片本体、第一C型管片本体、第二A型管片本体、第二B1型管片本体、第二B2型管片本体及第二C型管片本体的弧形端上的设置位置与施工用钢筋混凝土管片上的环间连接孔的设置位置对应，满足后续第二钢环6与第一环钢筋混凝土环300之间的拼装固定要求。

进一步地，第一A型管片本体71、第一B1型管片本体、第一B2型管片本体、第一C型管片本体、第二A型管片本体、第二B1型管片本体、第二B2型管片本体及第二C型管片本体的非端部均设有吊装孔40，满足拼装机的拼装要求。

本实施例中，第一A型管片本体71、第一B1型管片本体、第一B2型管片本体、第一C型管片本体、第二A型管片本体、第二B1型管片本体、第二B2型管片本体及第二C型管片本体均采用20mm厚Q235钢板，固定端板及可拆卸端板采用30mm厚Q235钢板，保证第一钢环5和第二钢环6具有足够的结构强度，且与现有钢筋混凝土环拆装时易报废相比，第一钢环5和第二钢环6在后续始发完成进行拆装时，能够很好的保持结构不被损坏、尺寸不改变，可重复利用，节省施工成本。当然，针对不同的施工情况，第一钢环5和第二钢环6还可采用其他型号的钢板制成，在此不做限定。另外，本实施例中用两环特殊的钢环来代替传统工艺中的多个钢筋混凝土负环，也节省了后续始发完成时的拆除成本。

本实施例中，第一钢环5和第二钢环6为两端带有连接环的结构，第一连接环52、第二连接环53、第三连接环62和第四连接环63的外径相等，且均与后续施工用钢筋混凝土环的外径相同，即第一钢环5的最大外径和第二钢环6的最大外径相等且均与钢筋混凝土环的外径相同，保证拼装后钢环轴线与隧道设计轴线重合及能够与主推油缸的推杆配合，起到传统始发工艺中的负环作用。进一步地，第一连接环52与第一钢环本体51可拆卸连接、第三连接环62与第二钢环本体61可拆卸连接，在第一钢环5和第二钢环6前移前，分别将其上的第一连接环52和第三连接环62拆掉，如此在第一钢环5和第二钢环6前移时，外径较小的第一钢环本体51和第二钢环本体61不会与盾尾的密封刷110干涉，不破坏密封刷110，满足特殊始发工艺要求。

参见图10-图27，本实施例还提供一种盾构机无负环始发工艺，采用上述盾构机无负环始发结构，具体包括如下步骤：

始发洞门底层加固

加固时间宜选择在盾构机下井组装前一个月完成，加固工艺与传统做法相同。盾构机完全入洞前，土压仓内很难建立有效土压，所以洞口土体加固效果直接关系到盾构始发的成败。需要说明的是，后续盾构始发时，在加固区内，盾构机前方的土压力小于盾构机与土体及机座的摩擦力，盾构机不会后退，所以不必安装盾构机止退机构。

安装始发机座及地梁结构

盾构始发前需将盾构机准确的搁置在符合设计轴线的始发机座上，待所有准备工作就绪后，沿设计轴线向地层内掘进。因此，盾构始发前盾构始发机座定位的准确与否，直接影响到盾构机始发姿态好坏，进而影响反力架和钢环的受力状态。盾构始发机座的设置依据不仅包括洞门中心的位置、还包括设计坡度与水平轴线。在始发机座安装完毕，为确保盾构机能以最佳的姿态入洞。还应复核机座顶部导向轨的平面位置及高程，确保盾构机轴线位置满足隧道设计轴线的要求。本实施例的始发机座与现有始发机座的结构及安装相同，在此不再赘述。

在完成始发机座安装后且盾构机下井组装前，完成反力架组件200中的地梁结构安装。地梁结构的纵向坡度以盾构隧道坡度来控制。第一地梁和第二地梁均包括四根H型钢及一个固定板。四根H型钢并排并与预埋结构件焊接，进一步加第一筋板固定。固定板焊接于四根H型钢上方，并加第二筋板固定。

本实施例，始发竖井的长度为12m，始发机座前端距结构墙500mm。第一地梁的第二地梁前端距结构墙2500mm，内侧距始发机座外侧19mm，沿隧道轴线方向与始发机座平行。

盾构机100下井组装、安装反力架组件200

图11给出了盾构机100与反力架组件200组装完毕时的状态。需要说明的是，由于安装时涉及到管线干涉的问题，因此盾构机100组装与反力架组件200安装是交叉进行的。本实施例提供的反力架组件200为分体式可拆卸结构，满足分体组装的要求。

首先，完成盾构机100中刀盘、前盾、中盾、下盾尾、拼装机及螺旋输送机的安装。之后，将左立柱安装于第一地梁、右立柱安装于第二地梁，再安装下横梁及第二八字结构。然后，完成盾构机工作平台及上盾尾后，再安装上横梁及第一八字结构。最后，盾构机电缆、管线连接的同时完成横撑安装。反力架2安装后最终停放位置为：反力架2的最前侧距结构墙1800mm。

左立柱通过左立柱法兰与第一地梁螺栓连接，右立柱通过右立柱法兰与第二地梁螺栓连接。后支撑全部采用横撑，取消斜撑，减少反力架2所受向上的分力。左立柱与第一地梁之间及右立柱与第二地梁之间应尽量垂直，左立柱及右立柱与盾构机100轴线夹角控制在85°～90°，超此范围，左立柱法兰、右立柱法兰及连接螺栓将受损。横撑安装顺序为由下而上，安装时控制横撑轴线与左立柱或右立柱的角度在89°～90°，减少斜向受力。左右两侧横撑安装位置以反力架组件200沿隧道轴线方向所在的竖直平面为对称基准面，确保盾构机100推进过程中，反力架组件200无扭矩受力。

上横梁、下横梁、第一八字结构及第二八字结构除满足强度设计要求之外，它们之间的净空还要满足后配套台车通行要求，下横梁既要满足在反力架组件200移动时不与机座干涉，又要满足不与二次吊运的管片干涉。

凿除始发洞门桩、洞门防水帘布安装

凿除始发洞门桩与传统施工工艺相同。围护桩为钢筋混凝土桩的，洞门范围内的围护桩需要全部凿除，围护桩为玻璃纤维桩的，仅需凿除同步注浆脊和鱼尾刀处桩体。钢筋混凝土围护桩凿除时，为保证洞口土体稳定，洞门凿除分三次进行，避免土体长时间裸露在外，在始发前7天内进行洞门灌注桩凿除，采用人工作业。

洞门防水帘布安装与传统施工工艺相同。施工前，先检查材料的完好性，尤其是橡胶帘布是否完好，径向尼龙线密集排列和螺栓孔是否完好。安装前清理完洞口的渣土和疏通洞门钢环预留孔。将螺栓旋入预先埋设在洞门的钢环上的螺母内。安装橡胶帘布及压板，将扇形压板套在螺栓上，用螺母压紧。

第一钢环5和第二钢环6拼装

盾构机100下井组装前，先将第一钢环5和第二钢环6存放在始发井内或始发井后方的通道内，完成盾构机100、反力架2组装调试后，利用盾构机100的拼装机完成第一钢环5和第二钢环6的组装。

第一钢环5和第二钢环6逐环在盾构机100内安装。首先，拼装机拼装完第一钢环5(参见图12)，主推油缸将第一钢环5向后推出，直到第一钢环5顶靠在反力架组件200上(参见图13)，把第一钢环5与反力架组件200的副框架焊接固定。本实施中，第一钢环5首先后移1.37m后顶上反力架组件200，但主推油缸和拼装机有相对位置要求，必须再将第一钢环5和反力架组件200后移0.13m，才能留出足够的拼装第二钢环6所需的空间，即第一钢环5需总共向后推进1.5m。后移时，将反力架组件200与地梁结构1的连接拆除，后移至0.13m后，再次将反力架组件200与地梁结构1固定。之后，拼装第二钢环6(参见图14)，并将其与第一钢环5固定。

第一钢环5中各管片的拼装顺序以及第二钢环6中各管片的拼装顺序与一般钢筋混凝土管片的拼装顺序相同，在此不再赘述。第一钢环5内的各管片之间、第二钢环6内的各管片之间以及第一钢环5和第二钢环6之间由螺栓连接。

盾构机100首次向前推进

参见图15，推杆向后伸出，利用第一钢环5、第二钢环6及反力架组件200的反推力，盾构机100首次前移。前移量优选为1.6m，以使第一钢环5和第二钢环6的连接处露出盾尾。

拆除第一钢环5上的第一连接环52以及第二钢环6上的第三连接环62

参见图16，拧下第一连接环52与第一钢环本体51之间及第二连接环53与第二钢环本体61之间的连接螺栓。

拆除反力架组件200与地梁结构1的连接

将左立柱法兰与第一地梁11之间的连接螺栓、左下立柱法兰与第一地梁11的连接螺栓、右立柱法兰与第二地梁的连接螺栓以及右下立柱法兰与第二地梁的连接螺栓拆除，从而将主框架及副框架一并从地梁结构1拆除。

前移第一钢环5、第二钢环6及反力架2

用钢丝或钢绳等工具将撑靴与第二钢环6暂时固定，用始发竖井井口的龙门吊等起吊装置将反力架2及横梁提升(反力架2离开地梁结构1即可)，主推油缸回缩，推杆拉动第二钢环6、第一钢环5、反力架2及横撑3前移。前移时，确保各结构均匀受力，控制前移速度，并对第二钢环6、第一钢环5和反力架2进行仔细观察，发现异常(焊缝开裂、盾尾间隙异常、管片螺栓松动等)马上停止移动，并进行处理，异常情况处理完之前不可前移。本实施例中，前移距离为1.5m(参见图17)。另外，也可不将反力架2提升，在第一地梁11、第二地梁及左立柱211和右立柱212上涂抹黄油，减小推进阻力即可。

将反力架2固定于地梁结构1

将前移后的反力架2固定至相应位置的地梁结构1上。固定方式与初始安装方式相同，在此不再赘述。更换或加长横撑3，使横撑3能够和结构墙再次抵接。施工前，可预先加工几段长度不同的横撑3，方便更换。

盾构机100二次前移

推杆再次向后伸出，在第一钢环5、第二钢环6及反力架组件200的反推力作用下，盾构机100前移，本次前移量优选为1.5m(参见图18)。

再次拆除反力架2与地梁结构1的连接

拆除过程与上述相同，在此不再赘述。

再次前移第一钢环5、第二钢环6及反力架2

前移过程与上述相同，前移量为1.5m(参见图19)。

将反力架2再次固定于地梁结构1

固定方式与上述相同。更换或加长横撑3，使横撑3能够和结构墙抵接。施工前，可预先加工几段长度不同的横撑3，方便更换。至此，盾构机100以及第一钢环5、第二钢环6和反力架2完成两次前移。

重复上述盾构机100二次前移及第一钢环5、第二钢环6和反力架2二次前移的过程，直至第二钢环6到始发洞口的距离达到洞口环梁的安装预留量。洞口环梁作为安装的第一环钢筋混凝土环300，其一般伸出始发洞口600mm，以保证其与洞口之间的密封。本实施例中，在二次前移后，盾构机100及第一钢环5、第二钢环6和反力架2又分别前移了第三次前移(参见图20-图21)和第四次前移(参见图22-图23)，且每次前移量均为1.5m。此时，第二钢环6与始发洞口的距离为1196mm(参见图23)，之后盾构机100及第一钢环5、第二钢环6和反力架2又分别进行了第五次前移，前移量为596mm(参见图24-图25)，使得第二钢环6与始发洞口的距离正好为600mm，到达洞口环梁(即第一环钢筋混凝土环300)的安装位置。

将下横梁及第二八字结构在主框架上的安装位置下移

在安装洞口环梁之前，需将反力架组件200上的下横梁及第二八字结构下移，以使其不与吊运的管片干涉。具体为，下移下横梁在第二法兰及第四法兰上的安装位置，下移第二八字结构在左立柱和右立柱上的安装位置，根据新的安装位置及安装空间，更换相应尺寸的左下立柱、右下立柱、左楔形块和右楔形块。

安装第一环钢筋混凝土环300，进入一般盾构分体始发工艺

下横梁及第二八字结构下移后，盾构机100前移1.2m，以留出安装第一环钢筋混凝土环300的量(参见图26)。之后运输管片，拼接第一环钢筋混凝土环300(参见图27)，并将其与第二钢环6固定。第一钢环5、第二钢环6和反力架2停留至洞门口，不再前移，进入一般盾构分体始发工艺即可。待盾构机100掘进约100m左右，始发过程结束，便可将第一钢环5、第二钢环6和反力架组件200拆除。

需要说明的是，一般地铁车站结构墙厚0.9m，围护桩桩径1m，盾构机100组装完成后刀盘面距结构墙0.5m，刀盘面距土压仓后部1.5m。结构墙在盾构始发位置留有始发洞门，钢筋混凝土围护桩要在盾构始发前要凿除，所以盾构机100在向前推进3.9m时不需要出土。第一钢环5、第二钢环6及反力架2前移3.9m后，后方至少留出了6m×3.9m的空间，可以满足小土斗(大土斗和螺旋机干涉，无法采用)出土及其他施工材料运输要求。一般情况下为满足盾构机100下井组装空间要求，盾构机100组装完成后，盾构机100后部与竖井结构会留有一部分空间，盾构机100前移至出土位置时，后方可用于垂直运输的空间会大于6m×3.9m，本工程为6m×5.6m，完全满足物料运输要求。

另外，对盾构机100首次前移的量有一定要求，保证第一钢环5和第二钢环6的连接处露出盾尾，以进行后续第一连接环52和第三连接环62的拆除，防止第一钢环5和第二钢环6前移时损坏盾尾密封刷110。对于盾构机100二次前移及之后每次前移的量以及盾构机100的总前移次数，不做具体限制，可根据始发洞口的长度、第二钢环6到始发洞口的距离及推杆行程进行调整。

本实施例提供的盾构无负环始发结构及始发工艺，以保留始发井内物料垂直运输通道为目标，对配套设备及始发工艺进行重新设计，将传统的固定式反力架改为移动式的反力架组件200，利用盾构机100主推油缸及起吊装置带动第一钢环5、第二钢环6和反力架2向前移动，反力架2前移后，反力架2与始发井结构墙之间的空间可满足物料垂直运输要求。第一钢环5和第二钢环6采用特殊的分体式可拆卸结构，除起到一般负环的作用外，还能在前移前，将第一连接环52和第三连接环62拆掉，不损伤盾尾密封刷110，满足本实施例的特殊始发工艺。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种盾构无负环始发结构，其特征在于，包括：

反力架组件(200)，包括地梁结构(1)、反力架(2)和多个横撑(3)，所述地梁结构(1)设于始发竖井内，所述反力架(2)位置可调地设于所述地梁结构(1)上，所述横撑(3)的一端与所述反力架(2)可拆卸连接，另一端被配置为与结构墙顶抵；

第一钢环(5)，包括第一钢环本体(51)、第一连接环(52)和第二连接环(53)，所述第一连接环(52)可拆卸地设于所述第一钢环本体(51)的第一端周向，所述第二连接环(53)设于所述第一钢环本体(51)的第二端周向；

第二钢环(6)，包括第二钢环本体(61)、第三连接环(62)和第四连接环(63)，所述第三连接环(62)可拆卸地设于所述第二钢环本体(61)的第一端周向，所述第四连接环(63)设于所述第二钢环本体(61)的第二端周向；

所述第一钢环(5)的第一端与所述第二钢环(6)的第一端固定相连，所述第一钢环(5)的第二端与所述反力架(2)背向所述横撑(3)的一侧相连，所述第二钢环(6)的第二端被配置为与盾构机(100)的主推油缸的推杆相连；

所述第一连接环(52)、所述第二连接环(53)、所述第三连接环(62)和所述第四连接环(63)的外径相等，且均与施工用钢筋混凝土环的外径相同。

2.根据权利要求1所述的盾构无负环始发结构，其特征在于，

所述第一钢环(5)包括三个第一A型管片(7)、一个第一B1型管片(8)、一个第一B2型管片(9)及一个第一C型管片(10)；

所述第二钢环(6)包括三个第二A型管片、一个第二B1型管片、一个第二B2型管片及一个第二C型管片。

3.根据权利要求2所述的盾构无负环始发结构，其特征在于，

所述第一A型管片(7)包括第一A型管片本体(71)以及分设于所述第一A型管片本体(71)两个弧形端的第一固定端板(72)和第一可拆卸端板(73)；

所述第一B1型管片(8)包括第一B1型管片本体以及分设于所述第一B1型管片本体两个弧形端的第二固定端板和第二可拆卸端板；

所述第一B2型管片(9)包括第一B2型管片本体以及分设于所述第一B2型管片本体两个弧形端的第三固定端板和第三可拆卸端板；

所述第一C型管片(10)包括第一C型管片本体以及分设于所述第一C型管片本体两个弧形端的第四固定端板和第四可拆卸端板；

所述第一A型管片本体(71)、所述第一B1型管片本体、所述第一B2型管片本体及所述第一C型管片本体拼接形成所述第一钢环本体(51)，所述第一固定端板(72)、所述第二固定端板、所述第三固定端板和所述第四固定端板形成所述第二连接环(53)，同时所述第一可拆卸端板(73)、所述第二可拆卸端板、所述第三可拆卸端板和所述第四可拆卸端板形成所述第一连接环(52)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的盾构无负环始发结构，其特征在于，所述地梁结构(1)包括平行且间隔设置的第一地梁(11)和第二地梁(12)，所述反力架(2)包括主框架(21)，所述主框架(21)包括左立柱(211)、右立柱(212)、上横梁(213)和下横梁(214)，所述左立柱(211)位置可调地固设于所述第一地梁(11)上，所述右立柱(212)位置可调地固设于所述第二地梁(12)上，所述上横梁(213)和所述下横梁(214)均设于所述左立柱(211)和所述右立柱(212)之间，所述下横梁(214)在所述左立柱(211)和所述右立柱(212)上的安装位置可调。

5.根据权利要求4所述的盾构无负环始发结构，其特征在于，所述反力架(2)还包括固定贴设于所述主框架(21)一侧的副框架(22)，所述副框架(22)包括相对设置的第一八字结构(221)和第二八字结构(222)；

所述第一八字结构(221)包括第一横梁(2211)，所述第一横梁(2211)的一端设有第一左斜梁(2212)，另一端设有第一右斜梁(2213)，所述第一横梁(2211)与所述上横梁(213)贴合，所述第一左斜梁(2212)远离所述第一横梁(2211)的一端固定于所述左立柱(211)上，所述第一右斜梁(2213)远离所述第一横梁(2211)的一端固定于所述右立柱(212)上；

所述第二八字结构(222)包括第二横梁(2221)，所述第二横梁(2221)的一端设有第二左斜梁(2222)，另一端设有第二右斜梁(2223)，所述第二横梁(2221)与所述下横梁(214)贴合，所述第二左斜梁(2222)远离所述第二横梁(2221)的一端位置可调地固定于所述左立柱(211)上，所述第二右斜梁(2223)远离所述第二横梁(2221)的一端位置可调地固定于所述右立柱(212)上。

6.一种盾构无负环始发工艺，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的盾构无负环始发结构，包括如下步骤：

S1、盾构机(100)下井组装，同时安装反力架组件(200)；

S2、所述盾构机(100)的拼装机拼装第一钢环(5)，所述盾构机(100)的主推油缸向后推动所述第一钢环(5)并使其与所述反力架组件(200)固定；

S3、所述拼装机拼装第二钢环(6)，并将所述第二钢环(6)与所述第一钢环(5)固定；

S4、所述盾构机(100)前移，使所述第一钢环(5)和所述第二钢环(6)的连接处露出所述盾构机(100)的盾尾；

S5、将所述第一钢环(5)上的第一连接环(52)以及所述第二钢环(6)上的第三连接环(62)拆除；

S6、拆除所述反力架组件(200)中的反力架(2)与地梁结构(1)的连接；

S7、设于始发竖井井口的起吊装置将所述反力架(2)吊离所述地梁结构(1)，所述主推油缸回缩，使所述第一钢环(5)、所述第二钢环(6)和所述反力架(2)前移；

S8、将所述反力架(2)固定于所述地梁结构(1)，更换或加长所述反力架组件(200)中的横撑(3)，使所述横撑(3)与结构墙抵接；

S9、所述盾构机(100)再次前移；

S10、再次拆除所述反力架(2)与所述地梁结构(1)的连接；

S11、再次利用所述主推油缸和所述起吊装置将所述第一钢环(5)、所述第二钢环(6)和所述反力架(2)前移；

S12、再次固定所述反力架(2)于所述地梁结构(1)上，更换或加长所述横撑(3)，使所述横撑(3)与所述结构墙抵接；

S13、若所述盾构机(100)未到达第一环钢筋混凝土环(300)的安装位置，重复所述S9至S12，否则，跳转至S14；

S14、安装所述第一环钢筋混凝土环(300)，进入一般盾构分体始发工艺。

7.根据权利要求6所述的盾构无负环始发工艺，其特征在于，在所述S1之前进行如下步骤：

在所述始发竖井内安装始发机座和地梁结构。

8.根据权利要求6所述的盾构无负环始发工艺，其特征在于，在所述S1之后、所述S2之前，进行如下步骤：

凿除始发洞门桩，安装防水帘布。

9.根据权利要求6所述的盾构无负环始发工艺，其特征在于，在所述S13之后、所述S14之前，进行如下步骤：

将下横梁(214)和第二八字结构(222)在主框架(21)上的安装位置下移。

10.根据权利要求6所述的盾构无负环始发工艺，其特征在于，所述S1包括如下步骤：

在所述盾构机(100)中的刀盘、前盾、中盾、下盾尾、拼装机和螺旋输送机安装后，安装所述反力架组件(200)中的左立柱(211)、右立柱(212)、下横梁(214)及第二八字结构(222)，再安装所述盾构机(100)的工作平台及上盾尾，之后安装所述反力架组件(200)中的上横梁(213)和第一八字结构(221)，最后在所述盾构机(100)的电缆及管线连接的同时安装所述反力架组件(200)中的横撑(3)。